Effect of processing conditions and power ultrasound on the rheology of EVA-organoclay nanocomposites
- 발행기관 서강대학교 대학원
- 지도교수 이재욱
- 발행년도 2008
- 학위수여년월 2008. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 화학공학
- 식별자(기타) 000000107481
- 본문언어 영어
목차
Polymer-clay nanocomposites have been received substantial attention because of their superior hybrid properties, such as improved modulus, decreased gas permeability and decreased thermal expansion coefficient.
Ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) is a polyolefin bearing polar vinyl acetate (VA) and it can be synthesized with various VA contents. EVA is a relatively widely used copolymer, for instance, as a modifier for wax and other systems, in hot-melt-adhesives, and in the electrical cable sheathing industry.
EVA is known for its heat-seal strength, flexibility, low strength and high permeability. Though low strength and high permeability are useful for some applications, they restrict EVA from being used for other applications. One potential method to increase strength and control permeability is to add layered nanomaterials like clay to the copolymer. EVA/clay nanocomposites can be easily prepared because the EVA contains polar groups, vinyl acetate (VA), which can effectively interact with clay.
In this study, to investigate the influence of polarity of EVA to the compatibility between EVA polymers and organoclay, we used four different kinds of EVA, containing 15, 28, 31, 60% VA, respectively and two different sorts of organoclay, Cloisite 15A and Cloisite 30B which have different organic modifier.
EVA/organoclay nanocomposites were prepared by melt intercalation using a twin screw extruder and an intensive mixer. For the effective mixing, a special extruder equipped with power ultrasound generator was employed. Thus, ultrasonic assisted melt processing was expected to achieve effective breakup of the clay agglomerates and exfoliation of the silicate layers to yield various useful polymer-clay nanocomposites. Moreover, by employing a new method using high intensity power ultrasound during melt extrusion, it was possible to induce chain scission in polymer melt and to develop more intercalated structured EVA nanocomposites.
In other words, we developed a unique processing method for the production of EVA/clay nanocomposite by taking advantage of synergy effect of ultrasound. At this stage although the effect is not significant we have seen the improved intercalation of layers of the clay.
As a result, EVA31/Cloisite15A nanocomposites were intercalated, and EVA31/Cloisite30B nanocomposites were exfoliated. Sonication is effective for the enhancement of the dispersion of clay layers in the intercalated system. But the sonification effect is less significant in the exfoliated system. Processing conditions ( Screw speed, Feed rate ) have more significant effect on the dispersion state of the exfoliated nanocomposites than on those of the intercalated ones.
목차
Polymer-clay nanocomposite는 층간 두께가 약 1nm를 갖는 organoclay가 polymer matrix내에 분산됨에 따라 modulus의 증가, 열팽창 계수의 감소, 기체투과도 감소와 같은 성질이 현격히 향상되어, 최근 많은 관심을 받고 있다. Ethlyene Vinyl Acetate (EVA) 는 flexible packaging, 신발, 접착제 등에 다양하게 사용되고 있다. EVA는 heat-seal strength, 유연성, 낮은 강도와 높은 투과성을 갖는 것으로 알려져 있다. 몇몇의 경우에는 낮은 강도와 높은 투과도가 유용하지만, 그로 인해 EVA의 사용이 제한적인 경우가 많다. 강도를 증가시키고 투과도를 조절할 수 있는 것이 바로 clay와 같은 층상 nanomaterial을 삽입하는 것이다. 회분식 혼련기와 이축압출기를 사용하여 EVA-organoclay nanocomposite를 제조함에 있어, 고강도 초음파의 가진을 통해 EVA martrix 내의 organoclay의 분산 정도를 높이고자 하였으며, 공정변수에 변화를 주면서 실험을 진행하여 최적 운전조건을 찾으려 하였다. XRD pattern을 통해 Clay와 친화력이 비교적 떨어진다고 생각되는 Intercalated nanocomposite (EVA/Clay 15a)과 Clay와 친화력이 좋아 박리가 되었다고 판단되는 Exfoliated nanocomposite을 구분할 수 있었고, 각각에 따라 공정 변수들의 효과가 상이하였다. 첫째로 초음파 가진의 경우는 두 composites 모두에서 분산효과에 따르는 유변물성의 향상을 나타내었으나, 특히 Intercalated nanocomposite의 경우에서 그 효과가 두드러졌다. 둘째로 그 외의 공정조건(Screw speed, Feed rate)의 경우 Intercalated nanocomposite에서는 효과가 미미하였으나 Exfoliated nanocomposite에서는 효과가 극대화 되었다. Screw speed는 빠를 수록, Feed rate는 작을 수록 분산효과가 좋은 것으로 관찰되었으며 이는 높은 Shear force와 가해지는 Stress의 지속시간이 길기 때문인 것 같다. 이 밖에도 공정 온도에 따른 영향을 알아보았으나 효과를 기대할 수 없었다.
